射频与微波手册PDF电子书下载

第1章　导论 1

1.1　微波和射频工程概述 1

2.6. 3

1.2　频段定义 3

1.3　应用 4

第2章　微波与射频产品应用 6

2.1　蜂窝移动技术 6

2.1.1　历史回顾 6

2.1.2　蜂窝概念 7

2.1.3　移动电话网络 8

2.1.4　标准与标准化工作 9

2.1.5　信道接入 9

2.1.6　调制 11

2.1.7　分集、扩频与CDMA 14

2.1.8　信道编码、交错与时间分集 16

2.1.9　非线性信道 17

2.1.10　天线阵列 18

2.1.11　小结 19

2.2　漫游通信 20

2.2.1　序言 21

2.2.2　历史回顾 22

2.2.3　现状与未来趋势 23

2.2.4　系统与服务 23

2.2.5　无线电波管理 26

2.2.6　工作环境 29

2.2.7　服务质量 32

2.2.8 网络问题与小区大小 32

2.2.9　编码与调制 34

2.2.10　语言编码 36

2.2.11　宏分集与微分集 38

2.2.12　多站广播与多址 39

2.2.13　系统容量 41

2.2.14　结论 41

2.3　宽带无线接入：高速率、点到多点、固定天线系统 45

2.3.1　宽带无线接入基本特征 45

2.3.2　宽带无线接入填补了技术空白 46

2.3.3 宽带无线接入频带与市场因素 47

2.3.4　标准活动 49

2.3.5　技术问题：接口与协议 50

2.3.6　结论 54

2.4　欧洲数字无绳电话 55

2.4.1　应用领域 55

2.4.2　欧洲数字无绳电话／综合业务数字网互通 56

2.4.3　欧洲数字无绳电话／GSM互通 56

2.4.6　结构概述 57

2.4.5　欧洲数字无绳电话工作原理 57

2.4.4　欧洲数字无绳电话数据接入 57

2.5　无线局域网（WLAN） 64

2.5.1　无线局域网射频工业、科学与医疗频带 65

2.5.2　2.4 GHz无线局域网标准化：IEEE 802.11b 66

2.5.3　跳频（FH）与直接序列扩展频谱（DSSS） 67

2.5.4　调制技术与数据速率 69

2.5.5　载波检测多址访问／冲突避免（CSMA／CA） 70

2.5.6　直接序列扩展频谱中的分组数据帧 71

2.5.7　IEEE 802.11网络模式 72

2.5.8　5GHz无线局域网 75

2.5.9　射频链路考虑 75

2.5.10　无线局域网系统举例：PRISM？Ⅱ 80

2.6　无线个人区域网通信：应用概述 82

2.6.1　无线个人区域网通信的应用 83

2.6.2　无线个人区域网服务的性质 83

无线个人区域网结构 85

2.6.4　无线个人区域网协议栈 87

2.6.5　无线个人区域网与P802.15的历史 90

2.6.6　结论 91

2.7　卫星通信系统 91

2.7.1　通信卫星的演变 92

2.7.2　国际通信卫星系统举例 98

2.7.3　宽带和多媒体卫星系统 101

2.7.4　小结 105

2.8　基于卫星的蜂窝式通信 107

2.8.1　推动因素 107

2.8.2　方法 116

2.8.3　示例结构 117

2.8.4　趋势 130

2.9　电子导航系统 132

2.9.1　全球定位系统（导航卫星测时测距全球定位系统） 133

2.9.2　全球导航卫星系统 136

2.9.3　罗兰-C远距离导航系统的历史与未来 138

2.9.4　由无线电导航数据求解位置 141

2.9.5　误差分析 145

2.9.6　误差椭圆（Pierce,1948年） 147

2.9.7　过定（Over-Determined）解法 150

2.9.8　加权最小二乘方 151

2.9.9　卡尔曼滤波器 153

2.10　航空电子学 158

2.11　雷达 162

2.11.1　连续波雷达 162

2.11.2　脉冲雷达 170

2.12　电子战和电子对抗 182

2.12.1　雷达和雷达干扰信号方程式 182

2.12.2　雷达天线中易受攻击单元 186

2.12.3　雷达对抗技术 190

2.12.4　金属箔片 192

2.13　汽车雷达 197

2.13.1　分类 198

2.13.2　机动车雷达的发展历史 199

2.13.3　测速雷达 199

2.13.4　障碍物探测雷达 200

2.13.5　自适应巡航控制雷达 200

2.13.6　防撞雷达 201

2.13.7　射频前置前视雷达 201

2.13.8　其他类型的车载雷达 203

2.13.9　未来发展 204

2.14　射频和微波技术在治疗医学中的新应用 205

2.14.1　射频和微波与生物组织的相互作用 205

2.14.2　射频和微波技术在治疗医学中的应用 209

2.14.3　结论 221

3.1 电子系统的热分析与设计 225

3.1.1　目的 225

第3章　系统研究 225

3.1.2　热模型 227

3.1.3　热阻网络 239

3.2　安全及环境问题 246

3.2.1　生物组织特性和RF吸收特性 247

3.2.2　微波／RF能的生物影响和危害 248

3.2.3　微波能的安全使用标准 251

3.2.4　风险评估和公众教育 255

3.2.5　结论 256

3.3　信号特征与调制理论 259

3.3.1　信号复包络表示 260

3.3.2　随机信号的表示和特征 261

3.3.3　调制理论 263

3.3.4　概率包络特征 268

3.3.5　小结 269

3.4　成本模型 271

3.4.2　过程时间 272

3.4.1　BOM（材料表） 272

3.4.6　成本 273

3.4.5　利润 273

3.4.3　边际成本 273

3.4.4　管理费 273

3.4.10　信息反馈 274

3.4.9　以设想或技术为中心的模型 274

3.4.7　以产品为中心的模型 274

3.4.8　以服务为中心的模型 274

3.5.1　背景 275

3.5　电源管理 275

3.4.11　成本模型的改进 275

3.5.2　系统内容：技术规格与要求 277

3.5.3　电源 281

3.5.4 结论 285

3.6.1　降压的动力 286

3.6　低压／低功率微波电子设备 286

3.6.2　半导体材料技术 287

3.6.3　半导体器件技术 288

3.6.4　电路设计 291

3.6.6　降压的限制条件 292

3.6.5　无线电与系统结构 292

3.6.7　小结 293

3.7　生产率的创新 296

3.7.1　为组织机构定制创新措施 297

3.7.2　生产率与营销 298

3.7.4　设计 299

3.7.3　制订计划与编制进度 299

3.7.5　生产率的设计度量——赢得值 300

3.7.6 制造 302

3.7.7　6-σ计划 303

3.7.8　6-σ数学公式 304

3.8　电子硬件可靠性 305

3.8.2　产品寿命周期环境 306

3.8.1　产品的要求与限制条件 306

3.8.4　元器件的选择和管理 307

3.8.3　材料、元器件和生产过程的特征 307

3.8.5　故障模式和机理 312

3.8.6　设计指南和技术 314

3.8.7　鉴定与加速试验 316

3.8.8　制造方面的情况 318

3.8.9　小结 320

4.1.1　信号测量 323

4.1　线性测量 323

第4章　微波测量 323

4.1.2　网络测量 325

4.2　网络分析仪的校准 334

4.2.2　测量的不确定性源 335

4.2.1　矢量网络分析仪（VNA）的功能性 335

4.2.4　校准 336

4.2.3 VNA系统误差的建模 336

4.2.5　校准标准 337

4.3.1　噪声基础 339

4.3　噪声测量 339

4.3.2　检测 340

4.3.3　噪声系数与Y因子方法 341

4.3.4 相位噪声和抖动 342

4.3.5　小结 345

4.4.1　非线性电路的数学特性表征 346

4.4　非线性微波测量和特性表征 346

4.4.2　谐波失真 348

4.4.3　增益压缩和相位失真 349

4.4.4　交调失真 352

4.4.5　多载频交调失真和噪声功率比 355

4.4.6　数字调制信号的失真 357

4.4.7　小结 361

4.5　RF和微波晶体管的高功率负载牵引特性原理 362

4.5.1　高功率负载牵引的系统结构 363

4.5.2　系统元件的特性 365

4.5.3　系统性能验证 370

4.5.4　小结 371

4.6　脉冲测量 372

4.6.1　等温与等力特性 373

4.6.2　器件的有关特性 377

4.6.3　脉冲测试设备 381

4.6.4　测量技术 387

4.6.5　数据处理 393

4.7.1　在片测试的性能及应用 396

4.7　微波在片测试 396

4.7.2　测试精度考虑 401

4.7.3　在片测试接口 406

4.7.4　在片RF测试的优点 408

4.8.1　大批量微波元件的需求 409

4.8　大批量微波测试 409

4.8.2　测试系统概述 412

4.8.3　大批量测试的要求 415

4.8.4　数据分析评述 420

4.8.5　结论 424

5.1.1　频率 425

5.1　接收机 425

第5章　电路 425

5.1.2　动态范围 426

5.1.3　LO链 432

5.1.4　潜在问题 433

5.1.5　小结 434

5.2.1　ACP、调制、直线性和功率 435

5.2　发射机 435

5.2.5　I-Q调制器 436

5.2.4 效率 436

5.2.2　功率 436

5.2.3　线性化 436

5.2.7　前馈 437

5.2.6　后退A类放大器 437

5.2.9　固定预失真 438

5.2.8　笛卡儿和极化环路 438

5.2.11　包络消除和恢复（EER） 439

5.2.10　自适应预失真 439

5.2.13　合成模拟锁相环通用调制（CALLUM） 440

5.2.12　利用非线性元件的线性放大（LINC） 440

5.2.16　器件修改 441

5.2.15　Dougherty放大 441

5.2.14　I-V轨迹修改 441

5.3.1　定义 442

5.3　低噪声放大器设计 442

5.2.17　小结 442

5.3.2　设计理论 446

5.3.3　低噪声放大器的设计实践 448

5.3.4　设计实例 450

5.3.5　未来趋势 458

5.4　微波混频器设计 460

5.4.1　单二极管混频器 461

5.4.3　双平衡混频器 462

5.4.2　单平衡混频器 462

5.4.4　FET混频器理论 463

5.5.1　基础知识：为什么调制？ 465

5.5　调制和解调电路 465

5.5.2　如何移频 466

5.5.3　模拟乘法器（即“混频器”） 467

5.5.4　抑制载波信号的同步检波 468

5.5.5　单边带抑制载波 469

5.5.7　调制效率 470

5.5.6　有载波的双边带幅度调制 470

5.5.8　包络检波器 471

5.5.9　利用注入载波的SSB包络检波 472

5.5.10　产生FM的直接与间接方法 473

5.5.11　快速而不纯的FM斜率检波 475

5.5.12　较低失真FM检波 476

5.5.13 数字调制法 477

5.5.14　相关检波 478

5.5.15　数字QAM 479

5.6.2　典型PA技术指标参数 480

5.6.1　设计分析 480

5.6　功率放大器电路 480

5.6.3　功率放大器基本原理 481

5.6.4　技术分析 482

5.6.5　电路拓扑 485

5.6.6　有源器件技术的选择 487

5.7.1　性能指标 491

5.7　振荡器电路 491

5.7.2　工艺技术和性能 494

5.7.3　理论 497

5.7.4　小结 502

5.8.1　锁相环的作用和特性 505

5.8　锁相环设计 505

5.8.2　基本PLL的传递函数 506

5.8.3　稳定性 507

5.8.4　类型和阶 508

5.8.5　相位噪声 513

5.8.6　相位检波器设计 516

5.8.7　环路滤波器设计 518

5.8.8　瞬态响应 522

5.8.9　结论 523

5.9　滤波器和多工器 524

5.9.1　分析和综合 524

5.9.2　传递函数的类型 525

5.9.3　传递函数近似法 526

5.9.4　元件类型和特性 529

5.9.5　滤波器的实现 531

5.9.6　模拟和综合软件 533

5.9.7　线性模拟工具 533

5.9.8　电磁（E-M）模拟工具 533

5.9.9　综合软件 534

5.9.10　有源滤波器 534

5.10　RF开关 535

5.10.1　PIN二极管开关 535

5.10.2　MESFET开关 537

5.10.3　开关电路 538

5.10.4　插入损耗和隔离度 538

5.10.5　开关设计 539

6.1　无源集总元件 541

6.1.1　电阻器 541

第6章　无源技术 541

6.1.2　电容器 543

6.1.3　电感器 545

6.1.4　扼流器 547

6.1.5　铁氧体巴伦 548

6.2　无源微波器件 549

6.2.1　无源元件的特征表征 550

6.2.2　史密斯圆图 551

6.2.4　不连续性 552

6.2.5　阻抗变换器 552

6.2.3　传输线段 552

6.2.7　衰减器 553

6.2.8　微波谐振器 553

6.2.6　终端负载 553

6.2.9　调谐元件 555

6.2.10　混合电桥和定向耦合器 555

6.2.11　铁氧体器件 557

6.2.12　滤波器和匹配网络 557

6.2.13　无源半导体器件 558

6.3.1　微波介质谐振器 560

6.3.2　工作理论 560

6.3　介质谐振器 560

6.3.3　与微波结构的耦合 563

6.3.4　陶瓷材料 563

6.3.5　应用 564

6.3.6　滤波器 564

6.3.7　单模带通滤波器 565

6.3.8　双模滤波器 565

6.3.9　介质谐振器探头 566

6.3.10　二极管振荡器 567

6.3.11　场效应晶体管和双极晶体管振荡器 568

6.3.12　结论及展望 569

6.4　RF微机电系统 571

6.4.1　RF MEMS技术概述 572

6.4.2　制作工艺 575

6.4.3　器件，元件和电路 576

6.4.4　RF MEMS的典型应用 586

6.5　声表面波（SAW）滤波器 596

6.5.1　SAW材料的特性 598

6.5.2　滤波器的基本性能 598

6.5.3　SAW换能器的建模 599

6.5.4　失真和二次效应 602

6.5.5　双向滤波器响应 603

6.5.6　多相单向换能器 603

6.5.7　单相单向换能器 604

6.5.9　编码SAW滤波器 605

6.5.10　谐振器 605

6.5.8　色散滤波器 605

6.6　RF同轴电缆 608

6.6.1　同轴电缆的历史 608

6.6.2　同轴电缆的特性 609

6.6.3　电缆类型 611

6.6.5　常用的标准同轴电缆型号 612

6.6.6　连接器 612

6.6.4　介质材料 612

6.6.7　小结 613

6.7　同轴连接器 614

6.7.1　历史 614

6.7.3　设计 615

6.7.4　连接器注意事项 615

6.7.2　定义 615

6.7.5　N型连接器 619

6.7.6　BNC连接器 619

6.7.7　TNC连接器 621

6.7.8 SMA连接器 622

6.7.9　7-6连接器 624

6.7.10　7mm连接器 624

6.7.11 3.5mm连接器 625

6.7.12 2.92mm连接器 627

6.7.13　2.4mm连接器 628

6.8　天线技术 630

6.8.1　基本的天线参数定义 630

6.8.2　辐射单元类型 636

6.8.3　天线测量 640

6.8.4　天线新技术 643

6.9　相控阵天线技术 670

6.9.1　线阵技术 670

6.9.2　相控阵天线新技术 683

6.10　RF封装的设计和开发 689

6.10.1　热管理 689

6.10.2　机械设计 691

6.10.3　封装的电气和电磁建模 693

6.10.4　设计验证、材料和可靠性试验 693

6.10.5　计算机集成制造 694

6.10.6　结论 695

7.1　半导体二极管 696

7.1.1　变容管 696

第7章　有源器件技术 696

7.1.2　肖特基二极管倍频器 705

7.1.3　渡越时间微波器件 712

7.2　晶体管 719

7.2.1　双极结晶体管（BJT） 719

7.2.2　异质结构双极晶体管（HBT） 733

7.2.3　金属氧化物半导体场效应晶体管 750

7.2.4　金属半导体场效应晶体管 773

7.2.5　高电子迁移率晶体管 791

7.2.6　宽带隙材料的射频功率晶体管 815

7.3 电子管 827

7.3.1　微波功率电子管 827

7.3.2　微波电子管的工作考虑 832

7.4　单片微波集成电路技术 839

7.4.1　单片微波集成电路技术 839

7.4.2　GaAs MESFET和HEMT的基本原理 844

7.4.3　MMIC集总元件：电阻、电容和电感 847

7.4.4　MMIC的处理和掩模组 849

第8章　计算机辅助设计、仿真和建模 856

8.1 系统仿真 856

8.1.1　增益 856

8.1.2　噪声 857

8.1.3　互调失真 858

8.1.4　利用数字调制射频激励的系统仿真 861

8.2　射频与微波结构分析与设计数字技术 865

8.2.1　基于积分方程的技术 865

8.2.2　基于PDE的技术FDTD,TLM,FEM 869

8.2.3　小波分析：存储效应自适应方法？ 874

8.2.4　结论 875

8.3　无源元件的计算机辅助设计 882

8.3.1　基于CAD的电路理论 883

8.3.2　基于CAD的场论 885

8.3.3　电路原理和场原理的求解时间 886

8.3.4　电路分析的混合法 887

8.3.5　优化 889

8.3.6　未来的十年 889

8.3.7　结论 890

8.4　非线性射频和微波电路分析 891

8.4.1　射频和微波信号的建模 891

8.4.2　电路建模基础 896

8.4.3　时域电路仿真 897

8.4.4　谐波平衡：综合频域和时域仿真法 901

8.4.5　非线性电路的频域分析 904

8.4.6　总结 905

8.5　时域计算机辅助电路仿真 907

8.5.1　建模和仿真的层次 907

8.5.2　建模和基本电路方程 908

8.5.3　列方程 908

8.5.4　求解线性方程 910

8.5.5　求解非线性方程 913

8.5.6　Newton-Raphson法在电路仿真中的应用 915

8.5.7　求解微分方程 917

8.5.8　大型电路技术 920

8.6.1　初始设计 923

8.6.2　物理元件模型 923

8.6　微波电路的计算机辅助设计 923

8.6.4　可调 924

过程的灵敏度 924

8.6.3　布线影响 924

8.6.5　时域与频域模拟的比较 926

8.7　用于电路仿真的非线性晶体管建模 927

8.7.1　建模概述 927

8.7.2　本文的范围 929

8.7.3　等效电路模型 930

8.7.4 SPICE模型和专用模型 931

8.7.5　用于电路仿真的改进晶体管模型 932

8.7.6 MESFET和PHEMT中栅电荷与本地和远程电压的函数建模 933

8.7.7　陷波效应的建模 934

8.7.8　温度效应和自热的建模 935

8.7.9　用于GaAs和InP HBT的古默尔—彭模型的改进 937

8.7.10　射频LDMOS功率晶体管的建模 938

8.7.11　解析模型的参数提取 938

8.7.12　矢量非线性网络分析仪 939

8.7.13　模型验证 939

8.7.14　加工（Foundry）模型和统计 940

8.7.15　未来的非线性晶体管模型 940

8.8　计算机辅助设计技术 943

8.8.1　TCAD综述 943

8.8.2　TCAD的优点 944

8.8.3　TCAD的局限性 945

8.8.4　校验的作用 946

8.8.5　TCAD的应用 946

8.8.6　应用协议 948

8.8.7　结论 950

9.1　麦克斯韦方程组 951

9.1.1　麦克斯韦方程组的时域微分形式 951

第9章　基本物理知识 951

9.1.2　有关麦克斯韦方程组的部分注释 952

9.1.3　麦克斯韦方程组的频域微分形式 953

9.1.4　麦克斯韦方程组的一般解法（Stratton—Chu公式） 954

9.1.5　远场近似 955

9.1.6　电磁学一般原理 956

9.1.7　麦克斯韦方程组Ⅰ的简单解法（无定界平面波） 958

9.1.8　麦克斯韦方程组Ⅱ的简单解法（导行平面波） 958

9.2 自由空间中波的传播 960

9.2.1　波的方程 960

9.2.2　波的极化 963

9.2.3　在大气中的传播 964

9.3　导波的传播和传输线 971

9.3.1　TEM传输线、电报方程式和传输线理论 971

9.3.2　利用麦克斯韦方程组、矩形波导和圆形波导求解导波 974

9.3.3　平面导行结构 977

9.4　无线通信系统中多径衰落的影响 982

9.4.1　多径衰落 982

9.4.2　通用模型 986

9.4.3　GSM模型 989

9.4.4　传播损耗 989

9.4.5　遮蔽 990

9.4.6　时间和频率非选择性衰落时的工作性能 990

9.5 电磁干扰（EMI） 995

9.5.1　EMI基础 995

9.5.2　EMI产生 996

9.5.3　屏蔽 997

9.5.4　EMI测量 997

9.5.5　小结 998

9.6　材料特性 999

9.6.1　金属 999

9.6.2　介质 1002

9.6.3　铁电和压电材料 1009

9.6.4　半导体 1020

附录A　数学、符号和物理常数 1033

附录B　微波工程 1052